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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Funktionsüberwachung eines Schaltschützes zum Trennen eines Hochvoltbatteriepols von einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsüberwachung.
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Bei Hochvoltbordnetzen von Kraftfahrzeugen ist es in der Regel vorgeschrieben, dass das Hochvoltbordnetz allpolig von einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs getrennt werden kann, also dass das Hochvoltbordnetz spannungsfrei geschaltet werden kann. So können beispielsweise der Pluspol und der Minuspol der Hochvoltbatterie beispielsweise mittels Hochvoltschaltschützen von dem Hochvoltbordnetz getrennt werden. Diese Hochvoltschaltschütze müssen dabei insbesondere auch einen Kurzschlussstrom unterbrechen können. Dabei besteht beim Trennen von hohen Strömen die Gefahr, dass das Hochvoltschütz „verklebt”. Dies bedeutet, dass sich das Hochvoltschütz nicht mehr öffnen lässt. Um einen solchen sogenannten Schützkleber, also einen ungewollten Schließzustand der Schaltschütze, zu erkennen, werden die Schaltschütze in der Regel überwacht. Diese Funktionsüberwachung der Schaltschütze, beziehungsweise diese Schützdiagnose, kann beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem (BMS) des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Beispielsweise sind aus der
DE 10 2011 004 516 A1 eine Schaltung sowie ein Verfahren bekannt, mit welchem der Schaltzustand der in einem System enthaltenen Schütze überwacht werden kann.
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Probleme und Sicherheitsrisiken für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs ergeben sich jedoch, wenn die Schaltschützdiagnose fehlerhafte Ergebnisse liefert und beispielsweise ein Schützkleber nicht erkannt wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schützdiagnose von Schaltschützen eines Hochvoltbordnetzes möglichst einfach und sicher zu überprüfen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Überprüfen einer Funktionsüberwachung beziehungsweise einer Schützdiagnose eines Schaltschützes, welches zum Trennen eines Hochvoltbatteriepols von einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei weist die Vorrichtung ein Schaltelement zum Überbrücken des Schaltschützes auf und ist dazu ausgelegt, nach der Überbrückung, welche zum Nachbilden eines ungewollten Schließzustandes des Schaltschützes beziehungsweise eines Schützklebers durchgeführt wird, einen zur Funktionsüberwachung bereitgestellten Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs auszulesen.
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Die Vorrichtung, welche auch als Schützkleber-Simulationsbox bezeichnet wird, dient zum Simulieren eines Schützklebers, also eines Verklebens beziehungsweise Verschweißens von Kontakten des Batterieschaltschützes des Kraftfahrzeugs, und zur Überprüfung der anschließenden Reaktionskette des Kraftfahrzeugs auf diesen Fehler. Um das Verkleben, also den ungewollten Schließzustand, des Schaltschützes zu simulieren, ist das Schaltelement vorgesehen, welches zum Überbrücken des Batterieschaltschützes geschlossen und dem Schaltschütz damit parallel geschaltet wird. Anschließend wird der Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs automatisch ausgelesen. Damit kann die Batteriesoftware beziehungsweise die Batteriehardware auf entsprechende Fehlerspeichereinträge überprüft werden. Anders ausgedrückt kann geprüft werden, ob aufgrund des simulierten Schützklebers ein Fehlerspeichereintrag im Fehlerspeicher erfolgt ist. Zum Auslesen des Fehlerspeichers kann die Vorrichtung über einen Datenbus, beispielsweise einen CAN-Bus, an ein fahrzeuginternes Batteriesteuergerät beziehungsweise Batteriemanagementsystem, welches den Fehlerspeicher aufweist, angebunden werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise beispielsweise in einem Erprobungsfahrzeug eingesetzt werden, wodurch die Überprüfung der Schützdiagnose unter realen Bedingungen möglich ist. Dabei ist die Überprüfung der Funktionsüberwachung beziehungsweise der Schützkleberdiagnose ohne Sicherheitsrisiken durch Simulieren des Schützklebers mittels der Schaltelemente der Vorrichtung möglich.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung ein weiteres Schaltelement zum Überbrücken eines weiteren Schaltschützes zum Trennen eines weiteren Hochvoltbatteriepols von dem Hochvoltbordnetz auf. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sowohl das an den Pluspol der Hochvoltbatterie angeschlossene Schaltschütz als auch das an den Minuspol der Hochvoltbatterie angeschlossene Schaltschütz von jeweils einem Schaltelement zum Simulieren des Schützklebers überbrückt werden kann. Mittels der Schaltelemente kann also ein Schützkleber auf der positiven Hochvoltseite oder auf der negativen Hochvoltseite, also ein einseitiger Schützkleber auf der positiven oder der negativen Hochvoltseite, oder ein Schützkleber auf der positiven und der negativen Hochvoltseite, also ein beidseitiger beziehungsweise doppelter Schützkleber, der Hochvoltbatterie simuliert werden.
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Vorzugsweise sind die Schaltelemente baugleich zu den Schaltschützen des Hochvoltbordnetzes ausgestaltet. Durch die baugleiche Ausgestaltung der Schaltelemente zu den Schaltschützen kann die Simulation des Schützklebers unter nahezu realen Bedingungen erfolgen. Somit können besonders gute und aussagekräftige Simulationsergebnisse erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine vorrichtungsinterne Steuerspannungsquelle zum Bereitstellen einer Steuerspannung zum Schalten der Schaltelemente auf. Zusätzlich kann die Vorrichtung beispielsweise noch ein busgesteuertes Relaisschaltmodul aufweisen, wodurch ein automatisiertes Schalten der Schaltelemente und damit eine automatisierte Simulation von Schützklebern möglich sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden mit einer vorrichtungsexternen Steuerspannungsquelle aufweisen, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine von der vorrichtungsexternen Steuerspannungsquelle bereitgestellte Steuerspannung zum Schalten der Schaltelemente bereitzustellen. Anders ausgedrückt ist damit auch ein manuelles Schalten der Schaltelemente möglich, indem eine entsprechende, von der fahrzeugexternen Steuerspannungsquelle vorgegebene Schaltspannung an die Schaltelemente angelegt wird.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, eine Energiezufuhr zu einem der den Fehlerspeicher aufweisenden Batteriesteuergerät für einen vorbestimmten Zeitraum zu unterbrechen und nach dem vorbestimmten Zeitraum den Fehlerspeicher erneut auszulesen. Somit soll gewährleistet werden, dass ein solch schwerer Fehler wie ein Schützkleber auch noch nach einer Unterbrechung der Energiezufuhr, beispielsweise bei einem Zündungswechsel des Kraftfahrzeugs oder einem Reset des Batteriesteuergeräts, in dem Fehlerspeicher gespeichert ist. Damit kann die Batteriesoftware und die Batteriehardware auch auf eine Fehlerrücksetzung überprüft werden.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Überprüfen einer Funktionsüberwachung eines Schaltschützes zum Trennen eines Hochvoltbatteriepols von einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei bei dem Verfahren das Schaltschütz zum Nachbilden eines ungewollten Schließzustandes des Schaltschützes überbrückt wird und nach der Überbrückung automatisch ein zur Funktionsüberwachung bereitgestellter Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs ausgelesen wird.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Es zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche an eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
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Die Fig. zeigt eine Hochvoltbatterie 10 eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welche zum Bereitstellen einer Hochvoltspannung für ein hier nicht gezeigtes Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs einen Batteriezellstapel 12 aufweist. Ein Pluspol HV+ des Batteriezellstapels 12 ist über eine Sicherung F1 und ein Schaltschütz K2 elektrisch mit einem Anschluss 14 der Hochvoltbatterie 10 verbunden. Der Minuspol HV– des Batteriezellstapels 12 ist über ein Schaltschütz K1 mit einem Anschluss 16 der Hochvoltbatterie 10 elektrisch verbunden. Der Anschluss 14 und der Anschluss 16 bilden eine Hochvoltbuchse der Hochvoltbatterie 10, an welche das Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs anschließbar ist. Bei geschlossenen Schaltschützen K1, K2 liegt die von dem Batteriezellstapel 12 bereitgestellte Hochvoltspannung an den Anschlüssen 14, 16 an. Bei geöffneten Schaltschützen K1, K2 ist der Batteriezellstapel 12 und damit die Hochvoltbatterie 10 allpolig von dem Hochvoltbordnetz getrennt, d. h. das Hochvoltbordnetz ist spannungsfrei geschaltet.
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Mittels einer Vorladeschaltung 18 der Hochvoltbatterie 10, welche eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand R1 und einem Schaltschütz K3 aufweist, kann das Schaltschütz K1 zum Vorladen des Hochvoltbordnetzes überbrückt werden. Ein Batteriesteuergerät 20 beziehungsweise ein Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie 10 dient zum Überwachen eines Schaltzustandes der Schaltschütze K1, K2. Außerdem weist die Hochvoltbatterie 10 mehrere Schnittstellen X1, X2, X5, X6 auf. An den Schnittstellen X1, X2 kann beispielsweise eine sogenannte Packspannung abgegriffen werden, also eine elektrische Spannung vor den jeweiligen Batterieschützen K1, K2 innerhalb der Hochvoltbatterie 10. An den Schnittstellen X5, X6 kann beispielsweise eine sogenannte Linkspannung abgegriffen werden, also eine elektrische Spannung nach den jeweiligen Batterieschützen K1, K2 innerhalb der Hochvoltbatterie 10.
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Beim Öffnen der Schaltschütze K1, K2 kann es, beispielsweise aufgrund von hohen elektrischen Strömen, dazu kommen, dass Kontakte der Schaltschütze K1, K2 verschweißen und das jeweilige Schaltschütz K1, K2 somit einen unerwünschten Schließzustand, einen sogenannten Schützkleber, aufweist. Bei einem solchen Schützkleber kann die allpolige Trennung der Hochvoltbatterie 10 von dem Hochvoltbordnetz nicht mehr gewährleistet werden. Deshalb wird mittels des Batteriesteuergeräts 20 eine Funktionsüberwachung beziehungsweise eine Schützdiagnose durchgeführt, welche ein Verschweißen der Schaltschütze K1, K2 detektiert. So wird beispielsweise bei einem Schützkleber in einem Fehlerspeicher 22 des Batteriesteuergeräts 20 ein entsprechender Fehlerspeichereintrag hinterlegt.
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Um die Funktionsüberwachung des Batteriesteuergeräts 20 zu überprüfen, ist eine Vorrichtung 24 vorgesehen, welche auch als Schützkleber-Simulationsbox bezeichnet wird. Die Vorrichtung 24 weist ein Schaltelement K5 auf, mittels welchem das Schaltschütz K2 der Hochvoltbatterie 10 überbrückt werden kann, und ein Schaltelement K4 auf, mittels welchem das Schaltschütz K1 der Hochvoltbatterie 10 überbrückt werden kann. Die Schaltelemente K4, K5 sind insbesondere baugleich zu den Schaltschützen K1, K2 der Hochvoltbatterie 10 ausgestaltet.
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Zum Überbrücken der Schaltschütze K1, K2 wird die Packspannung, welche vor den Schaltschützen K1, K2 innerhalb der Hochvoltbatterie 10 abgegriffen wird, über die Schnittstellen X1, X2 der Hochvoltbatterie 10 aus der Hochvoltbatterie 10 herausgeführt und über Schnittstellen X3, X4 der Vorrichtung 24 in die Vorrichtung 24 geführt. Mittels der Schaltelemente K4, K5 wird die Packspannung nun über Schnittstellen X7, X8 der Vorrichtung 24 und die Schnittstellen X5, X6 der Hochvoltbatterie 10 auf die Linkspannungsseite, also nach den Schaltschützen K1, K2 innerhalb der Hochvoltbatterie 10, gelegt.
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Dabei können mehrere Simulationsziele definiert werden. Wenn beispielsweise das Schaltelement K5 geschaltet ist, wird ein Schützkleber am Pluspol HV+ des Batteriezellstapels 12 simuliert. Wenn das Schaltelement K4 geschaltet ist, wird ein Schützkleber am Minuspol HV– des Batteriezellstapels 12 simuliert. Wenn beide Schaltelemente K4, K5 geschaltet sind, wird ein doppelter Schützkleber simuliert. Alle diese Simulationsziele sollen von dem Batteriesteuergerät 20 detektiert werden. Außerdem soll eine entsprechende Reaktion, unter anderem ein Eintrag in den Fehlerspeicher 22, erfolgen. Dieser Fehlerspeicher 22 wird automatisch nach Simulieren des Schützklebers von der Vorrichtung 24 ausgelesen.
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Zum Schalten der Schaltelemente K4, K5 kann an Versorgungsanschlüsse 26, 28 der Vorrichtung 24 eine entsprechende Schaltspannung, welche beispielsweise von einer hier nicht dargestellten vorrichtungsexternen Schaltspannungsquelle bereitgestellt wird, angelegt werden. Dies wird auch als manuelles Schalten der Schaltelemente K4, K5 bezeichnet. Auch kann das Schalten der Schaltelemente K4, K5 automatisiert erfolgen. Dazu können beispielsweise über einen CAN-Bus 30 Schaltelemente K6, K7 eines Relaisschaltmoduls 32 der Vorrichtung 24 angesteuert werden, um darüber die Versorgungsspannung beziehungsweise Schaltspannung für die Schaltelemente K4, K5 zu schalten. Das Relaisschaltmodul 32 kann über einen 12-Volt-Versorgungsanschluss 36 der Vorrichtung 24 mit Energie versorgt werden. Durch Integration zusätzlicher, an den CAN-Bus 30 angeschlossener Voltmeter 34 zur Spannungsmessung der Linkspannung und der Packspannung können darüber hinaus umfangreiche Prüfprogramme und Testabläufe implementiert werden. Dazu ist auch das Batteriesteuergerät 20 über den CAN-Bus 30 an die Vorrichtung 24 angebunden.
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Vor und nach den Schaltelementen K4, K5 der Vorrichtung 24 können in jedem Hochvoltpfad Messleitungen verbaut sein, um die Spannung vor und nach den Schaltschützen K1, K2 sowie zwischen den HV-Pfaden, beispielsweise durch an Messbuchsen 38, 40, 42, 44 der Vorrichtung 24 anschließbare externe Messgeräte, zu messen. Diese Messleitungen sind durch Sicherungen F2, F3, F4, F5 abgesichert.
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Der durch die Vorrichtung 24 durchgeführte Test dient der Absicherung beziehungsweise der Überprüfung der Schützkleberdiagnose. Dabei soll auf entsprechende Fehlerspeichereinträge und auf Fehlerrücksetzung geprüft werden. Dazu wird bei geschlossenen Hochvoltschützen K1, K2 durch Schließen der jeweiligen Schaltelemente K4, K5 ein einseitiger (HV+ oder HV–) oder ein beidseitiger (HV+ und HV–) Schützkleber simuliert. Nach Aufkommandieren der Hochvoltschütze K1, K2, entweder durch Wegnahme der Schließaufforderung seitens des Kraftfahrzeugs (statischer Zustand) oder durch Setzen eines Kategoriefehlers (dynamischer Zustand), welcher einem kritischen, während der Fahrt im Hochvoltkreis außerhalb der Hochvoltbatterie 10 auftretenden Fehler entspricht, wird die Schützkleberdiagnose gestartet. Anschließend muss überprüft werden, ob auch nach Unterbrechen einer Energiezufuhr zu dem Batteriesteuergerät 20 der Fehlereintrag zurückgesetzt werden kann, also eine sogenannte Selbstheilung erfolgen kann. Eine solche Unterbrechung der Energiezufuhr kann beispielsweise ein Zündungswechsel des Kraftfahrzeugs sein, bei welchem eine Zündung des Kraftfahrzeugs aus- und wieder eingeschaltet wird. Eine Unterbrechung kann auch eine Busruhe sein, also ein Zeitraum, ab dem auf dem CAN-Bus 30 keine Botschaften mehr gesendet werden. Auch durch einen sogenannten Powerdown, also ein Herunterfahren der Hochvoltbatterie 10, oder einen sogenannten Hard Reset, also ein Rücksetzen des Batteriesteuergeräts 20 beispielsweise durch Wegnahme der 12-Volt-Spannungsversorgung, kann eine Energiezufuhr zu dem Batteriesteuergerät 20 unterbrochen werden.
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Der einseitige oder beidseitige Schützkleber sollte nach Öffnen der Schaltschütze K1, K2, welche von den Schaltelementen K4, K5 überbrückt sind, innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes, beispielsweise 15 Sekunden, erkannt werden. Danach sollte im Fehlerspeicher 22 ein entsprechender Fehlereintrag erfolgt sein. Der Fehler ist beispielsweise mit einem Status „Aktiv” und „Gespeichert” in dem Fehlerspeicher 22 eingetragen. Bei Erkennung des Schützklebers wird der Schützstatus wieder auf „geschlossen” und das entsprechende Fehlersignal auf dem CAN-Bus 30 auf den entsprechenden Wert gesetzt. Weiterhin wird ein Stromfluss zur Hochvoltbatterie 10 unterbrochen. Zudem wird bei der Erkennung des Schützklebers eine Isolationsmessung des Kraftfahrzeugs unterbrochen und auf dem CAN-Bus 30 als auch beim Auslesen der Diagnosedaten der Wert „SNA” (Signal not available), welcher einen Signalstatus für CAN-Signale bei Fehlern bezeichnet, gesendet. Die Hochvoltschütze K1, K2 der Hochvoltbatterie 10 dürfen sich nach weiteren Zündungswechseln nicht mehr schließen lassen.
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Auch muss gewährleistet werden, dass der Fehler nicht einfach gelöscht werden kann. So kann ein Fehler beispielsweise nur gelöscht werden, sofern der Fehler an der Vorrichtung 24 physikalisch zurückgenommen wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochvoltbatterie
- 12
- Batteriezellstapel
- 14, 16
- Anschlüsse
- 18
- Vorladeschaltung
- 20
- Batteriesteuergerät
- 22
- Fehlerspeicher
- 24
- Vorrichtung
- 26, 28
- Versorgungsanschlüsse
- 30
- CAN-Bus
- 32
- Relaisschaltmodul
- 34
- Voltmeter
- 36
- 12-Volt-Anschluss
- 38, 40, 42, 44
- Messbuchsen
- HV+, HV–
- Batteriepole
- K1, K2, K3
- Schaltschütze
- K4, K5, K6, K7
- Schaltelemente
- R1
- Widerstand
- F1, F2, F3, F4, F5
- Sicherungen
- X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8
- Schnittstellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004516 A1 [0002]
